Почему Вебб, возможно, никогда не сможет найти доказательства существования жизни на другой планете

Астрономы, ответственные за результаты, поспешили напомнить всем, что они не нашли жизнь, а только химические вещества, которые могут указывать на ее наличие. Однако полученные результаты заставляют задуматься о другом: Сможет ли JWST когда-нибудь обнаружить жизнь?

При разработке JWST были заложены четыре всеобъемлющие научные темы, и одна из них — «Планетные системы и происхождение жизни». Ранние проектные документы и научные статьи развивали эту тему, хотя и были осторожны в прогнозах того, что обнаружит телескоп.

Во многих работах признавалось, что JWST будет сложно определить точные биосигнатуры. Вместо этого телескоп характеризовался как промежуточная ступень между «Хабблом» и «Спитцером» и будущими телескопами, которые смогут надежно обнаруживать биопризнаки.

В новой статье известный планетолог Сара Сигер из Массачусетского технологического института и ее соавторы из США, Великобритании и Европы напоминают нам, как трудно JWST предоставить окончательные доказательства наличия жизни на далеких экзопланетах. Работа называется «Перспективы обнаружения признаков жизни на экзопланетах в эпоху JWST» и будет опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Поиск признаков жизни во Вселенной вступил в новую фазу с появлением космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST)», — пишут авторы. «Обнаружение биосигнатур газов с помощью спектроскопии пропускания атмосферы экзопланет в принципе доступно для JWST». Вопрос в том, насколько надежны эти обнаружения? Не противоречат ли ожидания общественности реальным возможностям телескопа?

Определенные доказательства существования жизни на такой далекой экзопланете, как K2-18b, никогда не собирались вскочить и заявить о себе. Эта планета находится на расстоянии около 125 световых лет. Планетарные атмосферы сложны, а большое расстояние усложняет их понимание.

Трансмиссионная спектроскопия — мощный инструмент, но она сталкивается с большими трудностями. Свет от звезды может загрязнять результаты спектроскопии, а поиск данных сопряжен с трудностями. По этим и другим причинам Сигер и ее коллеги предлагают отказаться от идеи обнаружить атмосферную «серебряную пулю», которая покажет наличие жизни.

Вместо этого основной вклад JWST заключается в создании более полного представления об экзопланетах и их атмосферах. Характеристика скалистых или субнептуновых экзопланет с помощью JWST — сложная задача, и она отдаляет нас от идеи найти окончательную «серебряную пулю» биосигнатурного газа», — пишут авторы.

Одна из трудностей, с которой сталкивается JWST при трансмиссионной спектроскопии скалистых и субнептуновых планет, заключается в том, что он действительно подходит только для планет, вращающихся вокруг М-карликов (красных карликов). Поскольку эти звезды меньше, сигнал от транзитных экзопланет легче обнаружить, в то время как более крупные и яркие звезды могут вносить много шума в сигналы планетарных транзитов.

«Поскольку размер звезд М-карликов составляет от половины до десятой части размера нашего Солнца, сигнал от TS (трансмиссионной спектроскопии) будет в 4-100 раз больше, чем от звезд-хозяев размером с Солнце», — объясняют авторы.

Однако М-карлики создают свои собственные проблемы.

Проблема в том, что М-карлики, как правило, более активны, чем звезды размером с Солнце. «Их звездная магнитная активность, более высокая, чем у звезд солнечного типа, проявляется в виде звездных пятен, факелов и вспышек, которые загрязняют спектры», — пишут авторы. Они упоминают, что в известной системе TRAPPIST-1 звезда-карлик M загрязняет и подавляет спектры пропускания.

Авторы напоминают нам о том, как сложно взять сигнал спектроскопии и сделать конкретные выводы о его значении. «Использование спектров для определения свойств планет (состава атмосферы, поверхностного и внутреннего состава, обитаемости и наличия жизни и т.д.) может показаться несерьезным.

В конце концов, наблюдаемые спектры экзопланет представляют собой сильно усредненный сигнал сложных трехмерных физических и химических атмосферных процессов, сведенный к относительным изменениям в наблюдаемой зависимости длины волны комбинированного света звезды и планеты как точечного источника», — объясняют они.

Интерпретировать сигналы трансмиссионной спектроскопии не так просто. Мы все еще находимся на ранних стадиях развития этого вида науки, и исследователи будут только совершенствоваться в этом. Сигер и ее соавторы объясняют, что существует три критерия для определения надежности обнаружения биосигнатуры:

1. Обнаружение: Устойчив ли сигнал?
2. Атрибуция: Правильно ли отнесены спектральные особенности к соответствующему газу(ам)?
3. Интерпретация: Насколько надежны полученные планетарные свойства?

По мнению авторов, предварительное обнаружение DMS и/или DMDS не отвечает всем трем этим критериям.

«Пример предварительного обнаружения ДМС в атмосфере K2-18 b — это первая встреча экзопланетного сообщества с поиском газа с биосигнатурами — утверждение, которое не соответствует всем трем вышеуказанным ключевым критериям», — пишут они.

В своем заключении авторы не жалеют слов: «Мы завершаем работу с отрезвляющим осознанием того, что с помощью JWST мы, возможно, никогда не сможем окончательно заявить об обнаружении биосигнатурного газа в атмосфере экзопланеты».

Однако ученые добиваются прогресса, и JWST является ключевым инструментом в этой работе. Получая все больше наблюдений и данных, он вносит свой вклад в лучшее понимание экзопланет и их атмосфер. Астрономы будут продолжать находить кандидатов на биосигнатуры в атмосферах экзопланет, и каждое обнаружение будет пополнять их багаж знаний.

«В ближайшие годы JWST останется флагманом этой эпохи открытий и будет вспоминаться как первый телескоп, который сделал первые конкретные шаги к ответу на вопрос: одиноки ли мы?».